Suhu dan Pemuaian

Pada siang hari yang panas dan malam hari yang terasa dingin, tubuh Anda perlu dijaga pada suhu yang hampir kostan. Tubuh tidak dapat menerima perubahan suhu yang ekstrim, sebab itu terkadang tubuh membutuhkan pertolongan. Dalam upaya menjaga suhu tubuh agar konstan, pada siang hari yang terik Anda menggunakan pakaian yang tipis atau minum minuman yang dingin (es). Atau pada malam hari yang dingin, Anda menggunakan jaket yang tebal/selimut atau minum minuman yang hangat. Kenapa kita melakukan tindakan semacam itu? Dan apa sebenarnya suhu itu? Pada materi berikut akan dijelaskan mengenai konsep suhu.

Suhu merupakan derajat panas atau dingin suatu benda. Suhu dapat dirasakan oleh indera peraba, suatu benda yang memiliki suhu tinggi disebut sebagai benda panas sedangkan benda dengan suhu rendah sering disebut sebagai benda dingin. Tubuh kita dapat digunakan untuk mengetahui besar kecil suhu yang ada disekitar. Namun, pengukuran suhu benda berdasarkan idera peraba cenderung subjektif, karena kepekaan antara satu orang dengan lainnya berbeda.

Temperatur dapat didefinisikan sebagai sifat fisik suatu benda untuk menentukan apakah keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Dua buah benda akan berada dalam kesetimbangan termal jika keduanya memiliki temperatur yang sama. Ada beberapa sifat benda yang berubah apabila benda itu dipanaskan, antara lain adalah warnanya, volumnya, tekanannya dan daya hantar listriknya. Sifat-sifat benda yang berubah karena dipanaskan disebut sifat termometrik.

Untuk menggunakan suhu sebagai alat ukur panas atau dingin, kita perlu  membuat suatu skala suhu (Young & Freedman, 2001: 457). Apabila dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Pernyataan seperti ini dikenal sebagai hukum ke nol termodinamika, yang sering mendasari pengukuran temperatur. Berdasarkan prinsip ini, jika Anda ingin mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama maka kedua benda tersebut tidak perlu disentuh dan diamati perubahan sifatnya terhadap waktu, yang perlu dilakukan adalah mengamati apakah kedua benda tersebut, masing-masing berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga. Benda ketiga tersebut adalah termometer.

Benda apapun yang memiliki sedikitnya satu sifat yang berubah terhadap perubahan temperatur dapat digunakan sebagai termometer. Sifat semacam ini disebut sebagai sifat termometrik (thermometric property). Senyawa yang memiliki sifat termometrik disebut senyawa termometrik. Temperatur zat yang diukur sama besarnya dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan termometer. Jadi, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer sama dengan temperatur zat yang diukur.

Termometer digunakan sebagai alat ukur untuk suhu. Zat cair yang umum digunakan dalam termometer adalah air raksa atau alkohol. Dalam keseharian, termometer yang sering kita temua merupakan termometer dengan air raksa. Pemilihan termometer dengan air raksa didasarkan karena meiliki beberapa keunggulan, yitu:

a. dapat menyerap panas suatu benda yang akan diukur sehingga temperatur air raksa sama dengan temperatur benda yang diukur,

b. dapat digunakan untuk mengukur temperatur yang rendah hingga temperatur yang lebih tinggi karena air raksa memiliki titik beku pada temperatur –39°C dan titik didihnya pada temperatur 357°C,

c. tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti,

d. pemuaian air raksa teratur atau linear terhadap kenaikan temperatur, kecuali pada temperatur yang sangat tinggi, dan

e. mudah dilihat karena air raksa dapat memantulkan cahaya.

Untuk termometer dengan menggunakan alkohol tidak cocok untuk mengukur suhu tinggi, karena titik didihnya 78°C, tetapi alkohol dapat mengukur temperatur yang lebih rendah karena titik bekunya pada temperatur –144°C. Jadi, termometer yang berisi alkohol baik untuk mengukur temperatur yang rendah, tetapi tidak dapat mengukur temperatur yang lebih tinggi.

Jenis termometer lain yang umum adalah lembaran bimetal. Lembaran bimetal terbuat dari dua buah lembaran logam dengan bahan berbeda yang saling direkatkan. Saat system dipanaskan, salah satu logam akan berekspansi lebih jauh dibandingkan logam yang lain, sehingga gabungan logam akan melengkung jika suhu berubah (Young & Freedman, 2001: 459).

Terdapat empat skala dalam termometer yaitu skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin. Keempat skala tersebut memiliki titik beku dan titik didih yang berbeda. Titik beku adalah suhu di mana fase padat dan cair ada bersama dalam kesetimbangan, yaitu tanpa adanya zat cair total yang berubah menjadi padat atau sebaliknya. Sedangkan titik didih adalah suhu di mana zat cair dan gas ada bersama dalam kesetimbangan. Empat skala temometer disajikan pada Gambar berikut.

Berikut penjelasan masing-masing termometer:

1. Termometer skala Celsius

Memiliki titik didih air 100°C dan titik bekunya 0°C. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°C – 100°C dan dibagi dalam 100 skala.

2. Temometer skala Reamur

Memiliki titik didih air 80°R dan titik bekunya 0°R. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°R – 80°R dan dibagi dalam 80 skala.

3. Termometer skala Fahrenheit

Memiliki titik didih air 212°F dan titik bekunya 32°F. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 32°F – 212°F dan dibagi dalam 180 skala.

Dari penetapan titik acuan dan pembagian skala dapat disimpulkan bahwa 100 skala Celcius = 80 skala Reamur = 180 skala Fahrenheit. Perbandingan ketiga skala tersebut = 5 : 4 : 9. Maka hubungan skala satu dengan lainnya adalah sebagai berikut.

T_C = (5/4)T_R = (5/9)(T_F – 32)

T_R = (5/4) T_C = (4/9) (T_F – 32)

T_F = (9/5) T_C + 32 = (9/4)(T_R + 32)

4. Termometer skala Kelvin

Besarnya skala Kelvin sama dengan skala Celcius. 0 K (nol Kelvin) disebut titik nol absolut atau mutlak. Titik nol mutlak tidak didasarkan pada kondisi energi kinetik partikel-partikel sama dengan nol tetapi molekul-molekul benda pada saat itu memiliki energi kinetik yang minimum yang dianggap sebagai titik energi nol. Karena skala kelvin sama dengan skala Celcius, maka:

T_K = T_C + 273

Pada khasanah SI, “derajat” tidak digunakan pada skala Kelvin, suhu langsung dibaca “sekian kelvin”, bukan “sekian derajat Kelvin” (Young & Freedman, 2001: 461).

Suhu dan Pemuaian 2016-04-07T04:51:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Mantan Tentor Fisika